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ZHEJIANG BHS JOURNAL BEARING CO.,LTD. situato nel distretto di FengXian di Shanghai, il bret dell'azienda "BHS", è un professionista produttori di cuscinetti reggispinta a cuscinetto inclinabile E Fabbrica di cuscinetti basculanti...
Nelle macchine rotanti, i carichi assiali generati da giranti, rotori e forze idrauliche devono essere sopportati da un componente dedicato. Per decenni la soluzione predefinita è stata un cuscinetto inclinabile con rivestimento in babbitt o un segmento fisso che scorreva su una pellicola d'olio. Questi progetti funzionano bene, ma dipendono fortemente dalla qualità del lubrificante, dalla procedura di avvio e dalla stabilità termica. Quando le condizioni operative si allontanano dal punto di progettazione, un tampone con rivestimento metallico può rigarsi, imbrattarsi o gripparsi in un breve periodo.
Questo è il motivo per cui molti team di progettazione stanno ora valutando cuscinetti in PTFE e Peek come alternativa pratica. Le soluzioni con rivestimento in polimero mantengono il supporto in acciaio e la geometria inclinabile di cui gli ingegneri già si fidano, sostituendo al contempo la superficie di scorrimento con un materiale che tollera la lubrificazione limite, gli avviamenti a secco e la breve contaminazione molto meglio del tradizionale metallo bianco.
Questo articolo spiega come sono costruiti i cuscinetti reggispinta inclinabili in polimero, confronta le due principali famiglie di polimeri, descrive i vantaggi prestazionali che contano sul campo e offre un quadro pratico per la scelta del giusto materiale di rivestimento per pompe, motori verticali e turbomacchine.
A Cuscinetto reggispinta basculante è un cuscinetto liscio segmentato. Una serie di cuscinetti si trova attorno alla circonferenza di un collare o di un corridore attaccato all'albero. Ciascun tampone è libero di ruotare su un punto o un supporto sferico, in modo da poter adottare il piccolo angolo necessario per aspirare il lubrificante in uno spazio a forma di cuneo. Questo principio idrodinamico consente al cuscinetto di sopportare carichi assiali pesanti senza dipendere da una superficie rigida e perfettamente allineata.
In una versione polimerica, ciascun tampone è costituito da un supporto metallico, solitamente acciaio, e uno strato polimerico incollato o trattenuto meccanicamente sulla faccia di lavoro. Il supporto fornisce rigidità e un punto di attacco affidabile per il perno. Lo strato polimerico è la parte a contatto con la pista e governa la maggior parte del comportamento di attrito e usura.
La geometria del perno è importante tanto quanto il materiale del rivestimento. I perni puntuali, i perni sferici e i perni flessibili cambiano ciascuno il modo in cui un pad risponde al carico e al piccolo disallineamento. Gli ingegneri solitamente specificano il tipo di perno insieme al numero di pastiglie, che generalmente varia da cinque a dodici a seconda del diametro dell'albero e del carico.
Una faccia Babbitt convenzionale si basa su uno spesso film d'olio per evitare il contatto all'avvio e a bassa velocità. Una faccia in polimero può accettare contatti di confine intermittenti senza danni immediati. Ciò non significa che il cuscinetto possa funzionare senza lubrificazione, ma offre al progettista un margine di sicurezza più ampio quando la velocità è bassa, il carico è elevato o l'alimentazione dell'olio viene interrotta brevemente.
Entrambi i materiali sono polimeri ad alte prestazioni utilizzati in applicazioni di cuscinetti impegnative, ma si comportano diversamente. La selezione dovrebbe basarsi sulla dotazione operativa piuttosto che su una preferenza generale per un materiale.
Il PTFE offre un attrito molto basso e un'eccellente resistenza a un'ampia gamma di sostanze chimiche. La sua superficie rilascia facilmente contaminanti ed è relativamente tollerante durante le partenze asciutte o quasi asciutte. Il suo limite principale è meccanico. Sotto un carico di compressione elevato e sostenuto, si insinua più dei materiali termoplastici ad alte prestazioni progettati, quindi si adatta meglio a carichi e temperature moderati.
Il PEEK ha una maggiore rigidità, una migliore resistenza allo scorrimento viscoso e prestazioni più elevate a temperature elevate. Viene spesso selezionato per carichi più pesanti, velocità più elevate e applicazioni in cui la stabilità dimensionale è fondamentale. Il suo attrito in condizioni asciutte è solitamente superiore a quello del PTFE, quindi il design della lubrificazione attorno ad esso ha un peso maggiore.
| Proprietà | Rivestimento in PTFE | PEEK rivolto |
|---|---|---|
| Tendenza all'attrito | Molto basso | Da basso a moderato |
| Scorrimento sotto carico sostenuto | Più in alto | Più in basso |
| Resistenza chimica | Eccellente | Molto buono |
| Tolleranza all'avvio a secco | Eccellente | Bene |
| Intervallo di carico tipico | Moderato | Moderato to heavy |
| Intervallo di temperatura tipico | Moderato | Più in alto |
Una regola pratica: quando prevalgono avviamenti frequenti e mezzi aggressivi, il PTFE è solitamente il primo candidato. Quando prevalgono carico, velocità e temperatura, il PEEK è solitamente la scelta più sicura.
Il valore di un cuscinetto reggispinta con cuscinetto inclinabile in polimero si manifesta più chiaramente durante gli eventi transitori. L'avvio, lo spegnimento, le oscillazioni del carico e le brevi interruzioni della lubrificazione sono i momenti in cui le pastiglie con rivestimento in metallo sono più vulnerabili e sono i momenti in cui una faccia in polimero solido offre il margine maggiore.
Il basso attrito riduce la generazione di calore all'interfaccia. In un cuscinetto reggispinta a pastiglia inclinabile ad alta velocità, questo è importante perché il calore che non viene rimosso rapidamente può assottigliare il film d'olio e accelerare l'usura. Una faccia polimerica con una bassa tendenza all'attrito aiuta a mantenere stabile la temperatura dell'interfaccia e la sua resistenza all'adesione riduce il rischio di grippaggio quando il corridore perde brevemente il pieno supporto idrodinamico.
Molte pompe e applicazioni di processo coinvolgono fluidi che attaccano le superfici metalliche o degradano i lubrificanti. I rivestimenti polimerici resistono a un'ampia gamma di mezzi, il che li rende particolarmente adatti alle pompe e alle apparecchiature degli impianti chimici che gestiscono l'acqua con solidi disciolti. La resistenza protegge inoltre il corridore dall'usura che spesso segue l'usura dovuta alla corrosione.
Il design del cuscinetto inclinabile consente a ciascun cuscinetto di regolare la propria angolazione sotto carico. Questo autoallineamento produce uno spazio convergente che attira l'olio nella zona di contatto e crea una pellicola stabile. Quando la faccia in polimero è combinata con questa geometria, il cuscinetto può sopportare una notevole forza assiale pur tollerando i piccoli disallineamenti che si verificano durante l'installazione e la crescita termica.
I cuscinetti reggispinta in polimero compaiono ovunque un albero rotante trasmette forza assiale e le condizioni operative rendono i cuscinetti con rivestimento metallico un compromesso. Ogni ambiente presenta un diverso equilibrio tra carico, velocità e chimica dei fluidi, motivo per cui nessun singolo materiale di rivestimento è ottimale ovunque.
Consideriamo una pompa verticale in una stazione di trattamento dell'acqua che funziona con avviamenti frequenti durante i picchi di domanda. In un caso rappresentativo di questo tipo, i cuscinetti reggispinta originali Babbitt mostravano rigature dopo ripetuti eventi di avviamento a secco. Dopo il passaggio a una disposizione del cuscinetto inclinabile in polimero con rivestimento in PTFE, il danno all'avvio è diminuito, poiché la superficie tollerava brevi periodi di contatto di confine senza trasferire materiale sul collare.
Gli ingegneri che esaminano per la prima volta un cuscinetto reggispinta in polimero spesso iniziano dal materiale e procedono a ritroso. Un approccio più affidabile consiste nel definire prima l’involucro operativo e lasciare che la scelta del rivestimento segua da esso. La sequenza seguente è un punto di partenza praticabile per la maggior parte dei lavori su pompe e motori.
Il PTFE è adatto a carichi moderati, avviamenti frequenti, mezzi aggressivi e applicazioni in cui l'attrito più basso possibile conta più della massima rigidità. È anche una scelta efficace laddove è probabile la contaminazione, perché la sua superficie tollera i detriti occasionali meglio di molte alternative.
Il PEEK è preferibile quando il carico è pesante, la velocità è elevata o la temperatura aumenta in modo significativo. La sua resistenza allo scorrimento mantiene stabile la geometria della pastiglia per lunghi intervalli di manutenzione, contribuendo a mantenere lo spazio convergente da cui dipende il design inclinabile.
Anche il miglior materiale di rivestimento funziona male se l'installazione non è attenta. La planarità della guida, la finitura superficiale e l'allineamento influiscono tutti sulla rapidità con cui un cuscinetto reggispinta a pattino inclinabile in polimero raggiunge un funzionamento stabile. Ugualmente importanti sono il lubrificante pulito e una procedura di rodaggio controllata.
Un periodo di rodaggio controllato consente alla superficie del polimero di adattarsi delicatamente alla guida. Durante questa fase, il carico e la velocità dovrebbero essere aumentati gradualmente e la temperatura e le vibrazioni dovrebbero essere registrate in ciascuna fase. Il caricamento improvviso prima che la pellicola si stabilizzi è la causa più comune di usura precoce evitabile.
I cuscinetti in PTFE e PEEK offrono un modo pratico per combinare la geometria collaudata dei cuscinetti reggispinta a pattini inclinabili con rivestimenti che tollerano le condizioni che molto spesso danneggiano i pattini metallici. La scelta giusta dipende da un quadro chiaro del carico, della velocità, della temperatura, dei fluidi e del comportamento all'avvio. Gli ingegneri che definiscono tempestivamente tali condizioni tendono a selezionare rivestimenti che offrano prestazioni affidabili per l'intera vita utile della macchina.
Il vantaggio principale è la tolleranza. Una faccia in polimero può accettare un breve contatto di confine durante l'avvio, l'arresto e il funzionamento a bassa velocità senza l'immediata abrasione che spesso colpisce i cuscinetti con faccia metallica. Ciò garantisce un margine operativo più ampio e riduce le conseguenze di una lubrificazione imperfetta.
Il PTFE generalmente mostra la minore tendenza all'attrito in condizioni asciutte o quasi asciutte. Tuttavia, il PEEK può essere la scelta migliore quando il carico, la velocità o la temperatura sono elevati, poiché la sua rigidità e resistenza allo scorrimento mantengono stabile la geometria della pastiglia. La scelta corretta dipende dall'intero inviluppo operativo.
Esempi comuni sono le pompe a turbina verticale e le grandi pompe centrifughe, in particolare dove la spinta idraulica è significativa e l'erogazione di lubrificazione può essere interrotta durante l'avvio o l'arresto. Il cuscinetto deve essere adattato all'entità della spinta e al fluido pompato.
In molti casi sì, ma è necessario rivedere prima la geometria del supporto, il tipo di perno, la finitura della guida e il gioco. Un retrofit dovrebbe essere trattato come una modifica tecnica, con il nuovo rivestimento verificato rispetto ai dati effettivi di carico, velocità e temperatura della macchina.
Un cuscinetto reggispinta trasporta il carico assiale attraverso un'interfaccia di scorrimento che si basa su una pellicola lubrificante, anziché attraverso elementi volventi. I cuscinetti radenti generalmente tollerano bene i carichi d'urto e le alte velocità e non soffrono di fatica da rotolamento, ma richiedono un'attenzione particolare alla lubrificazione e alle condizioni della superficie.
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